专利名称：三维大孔径纳米级纤维支架与制备方法
技术领域：
本发明涉及三維大孔径纳米级纤维支架与制备方法，特别涉及一种静电纺技术制备用于修复缺损组织或构建器官支架的方法，属于医用材料制造方法技术领域。
背景技术：
如何构建具有仿生天然细胞外基质结构和功能的组织工程修复材料，从而为种子细胞提供良好的生长、增值和功能表达环境，甚至诱导影响细胞分化，一直是组织工程研究的难点和热点。目前，由静电纺丝制备的纳米组织工程支架由于具有极大的比表面积、高的空隙率与高的表面能等特点，能够从纳米尺度上模仿天然胞外基质，可作为细胞生长的多孔支架，促进细胞的迁移和増殖，已广泛应用于制备组织工程修复材料、创伤敷料、药物缓释载体的研究。理想的支架，不仅需要具有高的孔隙率，而且需要大的孔径，这样才能输送营养和 氧气以利细胞的増殖和分化。孔隙率和平均孔径是细胞增殖以及形成三维组织的重要參数。孔径的大小取决于细胞类型，一般认为应是50 500 μ m，但是细胞可以容易地迁移到深度约为IOOym的区域，对于更深的区域，难以保证细胞的种植与滲透。一般的纳米纤维支架由于孔径较小往往阻碍了细胞间的联系。尤其心肌细胞对培养环境和支架材料的要求很苛刻，现在所能提供的条件很难满足心肌细胞生长和分化的需要，尚不能在体外构建出功能良好的，比较成熟的心肌组织。虽然通过静电纺丝技术可以制备具有细胞外基质结构的组织工程支架，由于电纺纤维的孔径较小，播种的细胞仅在纤维表面黏附、生长和増殖。在深度超过100 μ m吋，细胞无法得到充足的营养而死亡，因此需要结合其它技术制备孔径较大，纤维较细的支架。生物可降解聚酯是具有纯度高、无毒害、无刺激性、化学稳定性好、降解、不引起炎症、无过敏反应、生物相容性好、不致癌、重金属含量低、PH值小，不引起溶血和凝血等性能，其在生物医学领域有较多应用。例如，近年来国内外展开了关于聚己内酯和聚乳酸基组织工程心脏瓣膜、多孔的软骨细胞培养支架、骨组织工程复合材料等的研究，其组织工程支架已应用于皮肤、骨、心血管、肝和血管等方面。但常规生物可降解聚酯纤维较粗细胞的黏附力较低和细胞亲和性不足，影响了细胞在其表面上的黏附生长。静电纺纤维具有较小直径，且经过后处理的纤维支架具有较大的孔隙不仅能保证细胞深入生长而且能够保证人体内的中性白细胞通过修补支架的孔隙，吞噬容易引起感染的细菌，有利于受创部位的愈合而不易引起受创部位的感染。
发明内容
本发明的目的在于提出ー种用静电纺丝エ艺与冷冻定型干燥等エ艺相结合制备大孔高孔隙率三维纳米纤维支架的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，并提高细胞相容性。本发明的制备大孔高孔隙率三维纳米纤维支架的方法，包括如下步骤
(I)将不同含量的生物可降解聚酯、溶剂和添加剂在O 80°C下混合溶解，获得纺丝原液，其中按照重量计，生物可降解聚酯与添加剂混合物I 40份，溶剂99 60份，添加剂O 50份，然后由干法纺丝得到初生纤维毡。所述生物可降解聚酯重均分子量为I 300万,分子量分布指数2 5,杂质重量含量为5%以下。所述添加剂为聚こ烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化こ烯(PEO)、聚丙烯酰胺、聚こ烯醇(PVA)。重均分子量为3000 300万，杂质重量含量为5%以下。所述的溶剂为N，N ニ甲基甲酰胺DMF、N，N ニ甲基こ酰胺DMAc、酒精、ニ氯甲烷、三氯甲烷、1，2_ ニ氯こ烷、四氢呋喃、丙酮、三氯こ烯、こ酸こ酷、六氟异丙醇或三氟こ醇中的ー种以上；(2)用上述的静电纺丝液进行静电纺丝，由微量注射泵挤出，喷ロ接高压正极，接受装置接地，控制的静电纺參数为电压5kv 20kv，喷ロ孔径I μ m 2mm，溶液流速I μ I/ h 10ml/h,环境温度O 100°C,接收距离2 50cm,收集纳米纤维租；该纤维毡可用于医用补片、载药纤维、药物缓释织物等医用领域，也可用于织成吸油织物、可降解无纺布、可降解织物等民用环保领域，还可将其短纤用于制造香烟过滤嘴等多方面用途。(3)纺后48h内将纤维毡浸入到溶剂中，于-200°C -4 °C之间进行预冷冻，再于-40°C 4°C冷冻真空干燥，获得大孔且孔洞相互贯通的立体三维支架。所述溶剂为こ醇、丙酮、甲醇和水等中的ー种以上；该纤维支架可用于心脏支架、疝处的修补、各种骨移植手术、脑瓣的修补、脑血管、以及颈动脉处的修补，也可用于嘴唇修补、鼻梁修整等人体各处。本发明具有如下优点I.生物可降解纤维支架，不光具有无毒害、无刺激性、化学稳定性好、降解、不引起炎症、无过敏反应、生物相容性好、不致癌、重金属含量低、PH值小，不引起溶血和凝血等性能。而且具有所需的物理、力学性能和加工性能、井能经受消毒处理。并且植入不需再次取出，减少病人痛苦；2.通过静电纺丝エ艺制备的纳米级三维支架，具有操作方法简单、经济成本降低。而且还具有微纤效应，电学性能，以及力学性能如非常大的比表面积，柔性及超强的力学行为(如硬度和抗张强度)，这些优异的特性使纳米纤维更适合医药卫生，组织工程等领域；3.纳米纤维支架不光在结构上能够有效模仿细胞外基质，而且性能上具有细胞外基质的性能，具有良好的细胞粘附性、扩增、迁移、分化等功能；4.上述所制备的大孔纳米级三维支架具有良好的生物相容性与组织再生能力；与人体坏损组织再生相匹配的降解速率；良好的通透性能够保证细胞的畅通；达到所需修补组织或器官的強度和临床可操作性。较大的孔隙能够保证人体内的中性白细胞通过修补支架的孔隙，吞噬容易引起感染的细菌，有利于受创部位的愈合而不易引起受创部位的感染。
图I是本发明实施例I制备出的大孔纳米支架材料的扫描电镜图。
图2是本发明实施例I制备出的大孔纳米支架材料的细胞相容图。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明进行具体的描述，需要指出的是，以下实施例只是用于对本发明进行进ー步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。实施例I(I)纤维毡的制备
权利要求
1.一种三维大孔径纳米级纤维支架与制备方法，其特征是支架中纤维的平均直径为Inm 900nm ;支架呈三维立体结构；厚度为O. Olum IOcm ;空隙率约为50% 98%。
2.如权利要求I纤维支架，其特征是所述的生物可降解聚酯纤维分子量为I万至300万；所述聚酯为聚己内酯、聚乳酸、聚乙交酯(PGA)、聚羟基烷基酯(PHA)、聚丙交酯乙交酯(PLGA)中的一种。
3.—种三维大孔径纳米级纤维支架的制备方法，其特征是采用如下步骤 (1)，将不同含量的可降解聚酯、溶剂和添加剂在20 80°C下混合溶解，获得纺丝原液，其中按照重量计，可降解聚酯与添加剂混合物I 40份，溶剂99 60份，然后由干法纺丝得到初生纤维毡。
所述的可降解聚酯如权利要求2 所述的添加剂如权利要求4 所述的溶剂如权利要求5 (2)，用上述的静电纺丝液进行静电纺丝，由微量注射泵挤出，喷口接高压正极，接受装置接地，控制的静电纺参数为电压5kv 20kv，喷口孔径I μ m 2mm，溶液流速I μ Ι/h 10ml/h,环境温度O 100°C,接收距离2 50cm,收集纳米纤维租； (3)，纺后48h内将纤维毡浸入到溶剂中，先于一定温度下进行预冷冻干燥，再于一定温度下进行CO2冷冻干燥，获得大孔且孔洞相互贯通的立体三维支架。
所述溶剂为乙醇、丙酮、甲醇和水等中的一种以上。
所述的预冷冻温度如权利要求6 所述的再冷冻干燥温度如权利要求7
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的添加剂为PVP、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇(PVA)中的一种以上。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的有机溶剂为N，N二甲基甲酰胺DMF、N，N 二甲基乙酰胺DMAc、酒精、二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、四氢呋喃、丙酮、三氯乙烯、乙酸乙酯、六氟异丙醇或三氟乙醇中的一种或几种混合溶剂。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的预冷冻温度为_200°C _4°C。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的再冷冻干燥温度为_40°C 4°C。
全文摘要
本发明公开了一种三维大孔径纳米级纤维支架与制备方法。支架中纤维平均直径约为1nm～900nm，空隙率约为50％～98％，支架呈三维立体结构，支架厚度为0.01um～10cm。其包括如下步骤将生物降解聚酯和添加剂溶解于有机溶剂中，制得纺丝原液。利用静电纺丝工艺对上述纺丝溶液进行纺丝，获得纳米/亚微米级纤维毡。纺后48h内将纤维毡浸入到溶剂中，先进行预冷冻，再进行冷冻干燥，获得大孔且孔洞相互贯通的立体三维支架。本发明制备了大孔、孔道贯通的立体三维组织工程支架材料，内部孔结构均匀，可用作骨、软骨、血管、心脏、神经等组织工程细胞支架，适合多种细胞的生长。
文档编号A61L27/56GK102813562SQ201110154938
公开日2012年12月12日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者冯淑芹 申请人:冯淑芹